《Food and Bioprocess Technology》：Comparative Evaluation of Methods for Protein Extraction from Duckweed Biomass
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研究人员对干燥浮萍（Lemna minor 和 Lemna gibba）的四种固定条件蛋白提取方案进行了比较，并另外对冻融的L. minor生物质采用两种提取方法进行了比较。对于干燥浮萍，顺序超声与轨道摇床辅助酶提取（USOSE）和超声辅助pH-shift提取
研究人员对干燥浮萍（Lemna minor 和 Lemna gibba）的四种固定条件蛋白提取方案进行了比较，并另外对冻融的L. minor生物质采用两种提取方法进行了比较。对于干燥浮萍，顺序超声与轨道摇床辅助酶提取（USOSE）和超声辅助pH-shift提取（USpH）的蛋白回收率显著高于超声辅助酶提取（USE）和轨道摇床辅助酶提取（OSE）（p<0.001）。USOSE实现了最高的蛋白回收率（88.6±2.5%），其次是USpH（84.7±0.2%），而OSE和USE的回收率分别为75.2±1.2%和73.2±0.4%。USpH和USOSE产生的浓缩物蛋白含量显著高于USE和OSE（p=0.001），其中USpH的浓缩物蛋白含量最高（55.6±0.7 g/100 g）。USpH的总定量氨基酸浓度也最高（39.0±0.6 g/100 g）。干燥生物质各方案间的电力消耗差异显著（p<0.001），USE所需电力最少，USOSE最多；每克回收蛋白的平均电力消耗范围为USE的0.011 kWh g?1至USOSE的0.291 kWh g?1。对于冻融浮萍，磁力搅拌记录的蛋白回收率略高，而超声所需的处理时间和电力更少。总体而言，这些结果量化了蛋白回收率、浓缩物组成与实验室规模加工强度之间的权衡，而非确定一个普遍优越的方案。
浮萍（Lemnaceae）是一类生长快速的水生植物，其干物质中可含有大量蛋白质，氨基酸组成良好，且栽培所需土地面积低，因此被视为可持续食品和饲料配料的潜在来源。蛋白提取性能取决于细胞破碎、蛋白溶解、固液分离及后续回收等多个环节。已发表的浮萍蛋白提取研究在不同蛋白回收率和浓缩物蛋白含量之间组合多样，但由于回收率、得率和纯度等术语使用不一致，且物种、培养历史、干燥方式、溶剂比、pH和分离程序存在差异，跨研究直接比较需要谨慎。碳水化合物酶辅助提取可能通过降解限制传质的细胞壁多糖（如纤维素、果胶和半纤维素）来促进蛋白释放；Viscozyme L是一种具有纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶活性的复合酶制剂，在其他植物基质中已显示出可提高蛋白可提取性。碱性溶解结合等电点沉淀广泛用于叶蛋白提取，但高pH可能改变蛋白结构并引发不良副反应。超声可增强细胞破碎和传质，但在处理时间、温度或溶剂条件同时变化时，其单独贡献无法被分离。已有研究多针对单一提取路线进行优化，缺乏在固定方案、共同生物质和统一定义下的一致性比较。因此，本研究旨在比较固定条件的完整提取策略，而非优化单个工艺变量，以量化蛋白回收率、级分分布、浓缩物组成和实验室电力消耗之间的权衡，为下游功能测试提供前置证据。
研究人员使用了两种原料。干燥混合物种生物质（L. minor和L. gibba）来自爱尔兰Mount Lucas水产养殖系统，经50 °C烘干并研磨至标称粒径500 μm；冻融L. minor“Blarney”来自多层层流水培系统，-20 °C冷冻后室温解冻。干燥生物质比较了四种固定方案：超声辅助酶提取（USE）、轨道摇床辅助酶提取（OSE）、顺序超声与轨道摇床酶提取（USOSE）以及超声辅助pH-shift提取（USpH）。冻融生物质单独比较了超声提取（USF）和磁力搅拌提取（MSF）的两阶段湿生物质工艺。蛋白含量采用Dumas燃烧定氮法测定，以氮×6.25计算；蛋白回收率定义为回收液来源级分中的蛋白质量除以起始生物质蛋白质量；氨基酸分析使用甲磺酸水解、邻苯二甲醛衍生化后经高效液相色谱（HPLC）测定；实验室电力消耗通过电量表实测。干燥生物质实验每方案三次独立重复，采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD检验；冻融和氨基酸数据每方案两次重复，仅作描述性分析。
（Performance of the Dried-Biomass Extraction Protocols）干燥生物质方案间蛋白回收率差异显著（p<0.001）。USOSE回收率最高（88.6±2.5%），显著高于USpH（84.7±0.2%）、OSE（75.2±1.2%）和USE（73.2±0.4%）；USpH显著高于OSE和USE，而OSE与USE无显著差异。纤维残渣蛋白浓度以USE和USpH最高（均为23.8 g/100 g），显著高于USOSE（13.1 g/100 g）和OSE（11.8 g/100 g）；上清液蛋白浓度则USE和OSE较高。浓缩物蛋白含量方面，USpH和USOSE（55.6和52.6 g/100 g）显著高于USE和OSE（45.0和42.3 g/100 g）。电力消耗在四种方案间均差异显著（p<0.001），USE最低，USOSE最高；以起始干生物质计，电力消耗范围为2.07～65.82 kWh kg
?1。每克回收蛋白的平均电力消耗以USE最低（0.011 kWh）、USOSE最高（0.291 kWh），OSE、USOSE和USpH分别约为USE的22.3、26.3和20.6倍。结果表明，较高的回收率往往伴随更长的处理时间或更高的能量需求，体现了回收率与加工强度之间的权衡。
（Performance of the Frozen-Thawed-Biomass Protocols）冻融L. minor实验中，磁力搅拌提取（MSF）的蛋白总回收率（50.6±0.2%）略高于超声提取（USF）（47.9±1.0%）。两方案中Stage A贡献了大部分回收率（MSF 43.5%，USF 40.5%），Stage B仅额外增加约7个百分点，表明第二步碱性提取的附加回收率有限。USF的电力消耗为0.033±0.001 kWh，比MSF的0.106±0.004 kWh低约69%。因此，磁力搅拌在记录回收率上略高，而超声在时间和电力消耗上更具优势。
（Amino-Acid Composition）干燥生物质浓缩物中，USpH的总定量氨基酸浓度最高（39.0±0.6 g/100 g），其次USOSE（33.4±0.2）和OSE（33.3±0.2），USE最低（27.3±0.9）。天冬氨酸和谷氨酸是主要定量氨基酸。冻融样品中，USF和MSF的总定量氨基酸浓度分别为22.3和22.1 g/100 g。由于每方案仅两次重复，这些数据仅提供组成背景，不能作为营养品质差异的证据。
讨论部分指出，本研究比较的是完整固定方案，并未直接测量细胞壁破坏、蛋白溶解、变性、聚集等机制，也未评估溶解度、乳化性、发泡性等功能性质，以及体外消化率、抗营养因子和安全性终点。因此，回收率或氨基酸浓度差异不能解释为蛋白功能或营养质量的改善。研究局限包括仅使用500 μm一种粒径、干燥与冻融实验使用了不同生物质材料和历程、电力测量未包含完整系统边界。未来工作应测试更细研磨（如250 μm）、优化pH、时间、料液比和超声条件，补充化学投入和下游分离能量，并评估蛋白结构、功能、消化率和安全终点。USOSE因其最高回收率，USpH因其结合了较高回收率、最高浓缩物蛋白含量以及比USOSE更低的实测电力，均值得进一步研究；但根据当前数据，两者均不能直接推荐为食品或饲料配料的生产路线。
结论翻译：结果表明，在干燥生物质加工中，多个关键响应存在显著的方案效应。USOSE的蛋白回收率最高，其次为USpH，两者均显著高于USE和OSE；USOSE显著高于USpH，而USE与OSE之间无显著差异。残渣和上清液中的蛋白分布在各方案间也有显著差异。浓缩物蛋白含量方面，USpH和USOSE构成显著较高组，USE和OSE构成较低组。电力消耗在所有四种干燥方案间均显著不同，USE最低，USOSE最高。氨基酸组成因每方案n=2仅作描述性，USpH的总定量氨基酸浓度最高。对于冻融L. minor，磁力搅拌的记录回收率略高，而超声降低了处理时间和电力消耗。总体而言，没有任何单一方案在所有评估指标上全面占优，而是明确显示出蛋白回收率、浓缩物组成和加工强度之间的权衡，因此提取策略的选择取决于目标过程目的。本研究未测量功能性质、消化率和安全性，因此不支持基于这些方面选择任何方案；需对这些浓缩物进行结构、功能、消化率和安全评估后，才能提出实际应用建议。
